1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

안녕하세요. 저는 현재 순천향대학교, 순천향의생명연구원(SIMS), 황용성 교수님 실험실에서 연구를 진행하고 있는 석·박통합 과정 4년차 학생 김주연입니다. 저의 첫 논문을 한빛사 인터뷰에 소개할 수 있는 기회를 주셔서 감사합니다.

저는 근 소모증을 mechanotransduction과 연관 지어서 연구를 진행하고 있습니다.
골격근 줄기세포는 전체 근육 세포의 5% 미만을 차지하지만, 근육의 발달과 재생에 핵심적인 역할을 합니다. 그러나 노화, 근이영양증, 근감소증과 같은 질환에서는 근육줄기세포의 기능이 손상되어 근육 재생이 제한됩니다. 특히 근 소모증 (muscle wasting disorders)은 근육의 질량(mass)와 길이(length)가 점진적으로 감소하는 것이 특징으로, 결국 근력 약화와 기능 상실로 이어집니다. 최근 임상에서는 이러한 근 소모성 질환을 치료하기 위한 세포치료(cell therapy)가 주목받고 있지만, 실제 적용에서는 이식률과 생착 효율이 낮다는 한계가 있어 이를 극복하기 위한 새로운 접근법이 필요합니다.
저희 연구팀은 근육 줄기세포의 재생 능력이 단순히 세포 자체의 특성 뿐만 아니라, 세포가 놓인 기계적 환경(ECM의 강성)과 미세한 산화환원(redox state)에 의해 크게 조절된다는 점에 주목했습니다. 특히 세포 표면 단백질의 티올-디설파이드 (thiol-disulfate) 교환을 미세하게 조절할 수 있는 환원제(TCEP)를 활용하여 세포 표면을 공학적으로 변형하고, 이를 세 가지 서로 다른 강성(stiffness; 11kPa, 20kPa, 49kPa)을 가지는 hydrogel platform에 배양하여 근육 줄기세포의 행동 및 분화능력을 분석했습니다.
그 결과, 근육 특정 강성 20kPa에서 세포표면의 미세한 산화환원 조절이 FAK–PI3K–AKT 신호경로를 통해 세포-기질 접착을 강화하였으며, 세포-세포 상호작용(cell-cell interaction)이 크게 증가하면서 성숙한(mature) 근모세포 융합이 더욱 효과적으로 된다는 사실을 확인했습니다. 이러한 현상은 산화환원 조절이 단순히 ECM과의 상호작용 뿐만 아니라, 세포 간 상호작용까지 강화하여 근육 형성 전 과정을 조율한다는 점을 보여줍니다.

이번 연구는 산화환원 신호와 기계전달(mechanotransduction)을 통합적으로 탐구한 최초의 시도로, 근육 재생을 위한 세포치료에서 전처리 전략(preconditioning strategy)을 제시할 수 있다는 점에서 의미가 있습니다. 연구를 진행하면서 세포가 얼마나 섬세하게 미세환경의 물리 · 화학적 신호를 감지하고, 이를 통해 서로 강하게 접착하고 융합하는지를 직접 확인할 수 있었는데, 이 점이 가장 흥미로웠습니다. 앞으로는 이 연구 결과를 기반으로 근 소모성 질환 환자의 근육 재생 치료에 적용할 수 있는 구체적인 전략을 확립하고자 합니다. 더 나아가, 산화환원 경로를 조절하는 새로운 접근법은 섬유화나 퇴행성 근질환에서도 치료적 가능성을 높이는데 조금이나마 도움이 되었으면 하는 바람입니다.
저는 최근 근육 줄기세포 연구를 넘어, 유방암과 전립선암과 같은 암세포의 기계적 환경을 조절하여 세포 성장을 억제하거나 항암 효과를 강화하는 연구도 진행하고 있습니다. 이러한 시도를 통해, 세포가 놓인 기계적 환경이 세포의 운명과 행동, 그리고 내부 신호전달에 얼마나 큰 영향을 주는지 직접 확인할 수 있었는데, 이 점이 가장 흥미로웠습니다.
또한, 순천향대학교 황용성 교수님 실험실에서는 이러한 mechanotransduction 연구를 다양한 질병 환경에서 적용하는 것을 주로 다루고 있으며, 교수님의 활발한 피드백, discussion 덕분에 저는 보다 폭넓고 의미 있는 연구 결과를 도출할 수 있었습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

저는 현재 순천향대학교 소속 순천향의생명연구원(SIMS)에서 연구를 진행하고 있습니다. 순천향의생명연구원은 대사질환, 줄기세포, 퇴행성질환 등 의생명과학 분야 연구를 순천향 의과대학 및 부속병원과 협력하여 수행하고 있습니다. 연구기관은 다양한 첨단 장비를 체계적으로 관리하고 있어, 이를 활용해 폭넓은 실험과 정량적 분석을 진행할 수 있는 환경이 잘 갖춰져 있습니다.
(Link: http://www.sims.ac.kr/)
특히, 저희 황용성 교수님 연구실에서는 세포가 주변 환경과 어떻게 상호작용하며 운명이 결정되는지를 중심으로 연구를 진행합니다. (Link: https://www.sch-hwang-lab.com/) 연구실에서는 인간 다능 줄기세포와 환자 유래 중간엽 줄기세포가 근육, 힘줄, 뼈, 연골, 지방 세포 등 다양한 기능적 세포로 분화되는 과정에서 세포-세포 및 세포-기질 상호작용이 어떤 역할을 하는지를 연구합니다. 이를 위해 3D bioprinting과 hydrogel 등 최신 생체모사 재료를 활용하여, 세포가 실제 조직과 유사한 환경에서 성장할 수 있도록 조성하고, 질병 미세환경까지 재현합니다.
또한 연구실에서는 기계적 신호 전달이 섬유화, 퇴행성 질환, 암 등 다양한 질병 진행에 미치는 영향을 탐구하며, 이를 위해 첨단 장비와 플랫폼을 활용하여 세포 행동과 신호 전달을 정량적으로 분석하고 있습니다. 연구실은 기초 연구와 임상 응용을 동시에 고려하며, 세포 행동과 재생능력을 조절하는 원리를 밝히고 이를 실제 치료 전략으로 연결하는 것을 목표로 합니다.
교수님과 함께 연구하면서 저는 다양한 실험을 직접 시도할 수 있었고, 해외 연구 경험 등 폭넓게 배우고 경험할 수 있는 기회도 얻을 수 있었습니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

모든 것이 처음이고 어려웠지만, 꾸준한 노력이 결실을 맺을 때 큰 보람을 느꼈습니다. 처음에는 이해하기 어려웠던 실험과 연구 내용들이 이제는 제가 흥미로운 연구 방향을 제시하고 활발히 discussion을 진행할 수 있을 정도로 성장했고, 이를 통해 학회에서 구두 발표와 포스터 발표를 진행하며 상도 받을 수 있었습니다. 또한 학교와 교수님의 지원으로 서호주대학교의 최유석교수님 연구실에서 4주간 해외 연수를 다녀오며 다양한 경험을 쌓을 수 있었습니다. 이러한 과정을 통해 스스로 성장하는 모습을 직접 확인할 수 있었습니다.
또한, 좋은 소식들을 가족에게 좋은 소식을 전하며 기뻐하시는 부모님의 모습을 보는 것도 큰 행복이자 자랑스러움이었습니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

좋은 일과 나쁜 일은 비례하여 찾아온다고 합니다. 대학원 생활은 정해진 시간이 있는 것이 아니라, 나 자신과의 긴 인내의 시간이라고 생각합니다. 그래서 모든 대학원생이 공통적으로 다양한 스트레스를 경험하게 되는데, 저 역시 때로는 또래 친구들과 비교하며 부족함을 느끼거나, 연구 성과와 trouble shooting 과정에서 스트레스를 크게 받았던 순간이 있었습니다.
하지만 힘든 시간만큼 좋은 일도 반드시 찾아온다는 믿음이 제 마음 한 켠에 늘 머물러 있었고, 그 덕분에 포기하지 않고 연구를 이어갈 수 있었습니다. 연구는 단기간에 완성되지 않기 때문에, 꾸준히 성실하게 노력하고 주변의 도움과 피드백을 받으며 성장해 나가는 것이 중요하다고 느꼈습니다. 어려움이 있더라도 계속 도전하다 보면, 스스로 성장할 수 있는 기회가 반드시 찾아올 것이라고 생각합니다. 저 역시 아직 졸업하지 않은 대학원생으로, 배울 것이 한참 많다고 느낍니다. 앞으로는 더 적극적이고 겸손한 마음으로 실험과 졸업 준비를 이어가려고 합니다. 모든 대학원생과 연구자분들께 응원의 말씀을 드리고 싶습니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

저는 석·박사 통합 과정 대학원생으로서, 졸업을 목표로 연구와 학업을 꾸준히 이어가고 있습니다. 동시에 근 소모증 환자에게 실제로 적용할 수 있는 임상적 치료 가능성을 탐구하는 연구를 진행하고자 합니다. 이를 위해 단순한 세포 주(cell line) 대신 실제 환자에게서 분리한 근육 줄기세포를 활용하여 재생 능력과 세포 행동을 보다 현실적으로 관찰할 예정입니다. 또한 조직 기질 환경을 모사한 플랫폼에서 세포가 어떻게 신호 전달을 하고 상호작용하는지 분석하며, 근육 재생 과정에서 세포-환경 상호작용이 어떤 역할을 하는지 이해하고자 합니다. 이러한 경험을 바탕으로, 졸업 후에는 근육 재생 연구뿐만 아니라 다양한 질병 환경에서 세포 치료 연구를 수행할 수 있는 능력을 갖춘 연구자로 성장하고자 합니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

이번 연구를 진행하며, 세심한 피드백과 다양한 학회·발표 기회를 통해 폭넓은 시야로 성장할 수 있도록 이끌어 주신 황용성 교수님께 감사드립니다. 또한, 연구 분석을 위해 필요한 코드를 제작해 주신 허성식 교수님께도 감사드립니다. 실험과 대학원 생활 속에서 함께 고민하고 웃으며 성장할 수 있었던 연구실 동료들에게도 큰 힘을 얻었습니다. 마지막으로, 늘 곁에서 묵묵히 지지하고 보이지 않는 곳에서도 아낌없는 응원을 보내주신 부모님과 세 자매에게 깊이 감사드리며, 큰 힘을 얻었습니다.